JP3809094B2

JP3809094B2 - Electrical circuit for transmitting state information, in particular state information relating to railway vehicles, and an electrical system comprising such a circuit

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Publication number: JP3809094B2
Application number: JP2001355679A
Authority: JP
Inventors: パトリツク・コンベール; ミシエル・ベール
Original assignee: Alstom SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2021-11-21
Also published as: ATE353161T1; JP2002246888A; DE60126393T2; US20020094703A1; DE60126393D1; FR2817380A1; CA2363200C; HK1048700A1; US6646362B2; EP1209709A1; DK1209709T3; CA2363200A1; ES2283384T3; EP1209709B1; FR2817380B1

Abstract

The equipment state transmission system has a battery (3) and an electrically isolated connection (7) between the electrical circuit and an output (S). A variable voltage (1) adjusts the current in the switch (5) as a function of the voltage generator voltage. There is a self inductive filter (6) in series with the switch and a capacitor (13) which stores and releases part of the energy following the variable voltage generator.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オン／オフ型の情報を伝達するための電気回路に関し、とりわけ、鉄道の分野において使用される電気回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
列車においては、パラメータまたは機器の状態を示す多くのオン／オフ型の信号が、例えば、自動管制電子回路へ、あるいは、監視警報パネルへ伝達される。例えば、そのような信号は、遮断器の状態、あるいは、車両に入るためのドアの開位置または閉位置を表現し、それらの信号は、高い安全性およびアベイラビリティでもって伝達されなければならず、コンピュータ型の低エネルギーリンクをこの種の分野に使用するのを不適切なものにしている。
【０００３】
現在使用されている解決方法は、閉ループ電気回路を蓄電池の２端子に接続することであり、その回路は、監視する装置の状態に対応した少なくとも１つのスイッチと、抵抗と、例えば、自動管制電子回路または監視警報パネルのような、信号内に含まれる情報の宛先デバイスに接続された絶縁リンクとを直列に備える。
【０００４】
スイッチの開位置または閉位置は、パラメータまたは機器の状態を表現する。スイッチを閉じると、抵抗によってその大きさが制限された電流が、回路に流れる。スイッチを開くと、電流は、流れない。この電流の有無が、絶縁リンクによって、電子回路へ伝達されるオン／オフ情報に変換される。
【０００５】
一般的には、列車は、同一の蓄電池の端子に接続された複数のそのような回路を有する。
【０００６】
スイッチは、酸化しやすいので、スイッチをクリーニングするために、約数十ミリアンペア程度の最小電流をそれぞれのスイッチに流さなければならない。電流は、抵抗で消費されて失われる。さらに、ジュール効果によって抵抗で消費された電力は、除去されなければならない熱を発生させる。既知の解決方法は、ファンを使用することだが、現在、列車に搭載された電子回路を冷却する方法としてそのようなファンを使用することは、信頼性の理由から、敬遠されており、それどころか禁止されてもいる。なぜなら、ファンは、詰まり、あるいは、動かなくなり、そして、たいていの場合には、故障するかもしれない機械的な構成要素を含むからである。
【０００７】
電気部品および電子部品の信頼性は、周囲温度が上昇すると、大きく減少するので、熱をできるだけ発生させないようにする。
【０００８】
さらに、蓄電池は、一般には、いくつかの回路、また、その他の機器に電力を供給するので、端子の負荷とともに、蓄電池が提供する電圧は、時間によって変化する。したがって、回路に流れる電流もまた蓄電池の負荷状態に応じて変化する。
【０００９】
従って、スイッチをクリーニングするのに必要な最小電流を得るために、大量の余分な電流すなわち電力が、回路が動作中のある期間において、消費されなければならない。その結果として追加して生じる熱が、上述した熱を除去する問題をさらに増長する。
【００１０】
消費される熱の量は、スイッチの数および伝送する情報とともに増加する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の上述した不都合を緩和しようとするものである。
【００１２】
したがって、本発明は、オン／オフ型の情報を高い信頼性およびアベイラビリティでもって伝達し、それと同時に、ジュール効果によって消費される電力を減少させることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このために、本発明は、パラメータまたは機器の状態を伝送する電気回路を提供し、電気回路は、電力供給蓄電池の端子に接続されるように構成され、
前記電気回路と状態情報を伝送する出力との間の絶縁リンクと、
スイッチの開位置または閉位置が状態情報を表現し、電流が前記電気回路に流れるかどうかを決定するスイッチであり、電気回路が、スイッチから絶縁リンクを介して出力へ状態情報の伝送を保証する、スイッチとを備え、
スイッチを流れる電流の大きさを加減するために、スイッチング手段と協働する可変電圧発生手段をさらに備えて、可変電圧発生手段の出力電圧に応じて、電気回路の構成素子に選択的に電力を供給し、
スイッチと直列に接続された誘導性フィルター手段と、容量性蓄積手段とをさらに備え、それぞれが、定常状態下において、可変電圧発生器の出力電圧に基づいて、電気回路のエネルギーの一部分の蓄積および放出手段を構成することを特徴とする。
【００１４】
この電気回路の別の特徴によれば、
誘導性フィルター手段が、スイッチのすぐ近くに配置される。
【００１５】
ダイオードが、スイッチと誘導性フィルター手段との間に配置され、ダイオードは、スイッチの電流が誘導性フィルター手段からスイッチへ流れないようにバイアスをかけられる。
【００１６】
誘導性フィルター手段が、コイルから構成され、電気回路が、スイッチおよびコイルと直列に、並列の第１および第２の枝を有し、かつ、スイッチおよびコイルと並列に、第２の枝の点に接続された抵抗を有し、コンデンサが、第１の枝内に接続され、
接続スイッチング手段が、一方は、第１および第２の枝の接続点の一つと、他方は、抵抗が第２の枝に接続される点との間の第２の枝内に接続されたダイオードを備え、第２の枝が、同様に、一方は、第１および第２の枝の接続点のもう１つと、他方は、抵抗が第２の枝に接続される点との間に接続されたコンデンサをさらに備える。
【００１７】
絶縁リンクが、誘導性フィルター手段と直列に接続される。
【００１８】
絶縁リンクが、抵抗と直列に接続される。
【００１９】
電圧発生手段によって生成される信号が、オプションとして０ボルトが中央にくるように配置された、方形波、三角波、または、正弦波の信号である。
【００２０】
可変電圧発生手段が、第１の枝内に接続される。
【００２１】
絶縁リンクが、光カプラーからなる。
【００２２】
絶縁リンクが、トランスからなる。
【００２３】
絶縁リンクが、スイッチと直列に接続されたトランスからなり、また、トランスの一次巻線が、同時に、誘導性蓄積手段の少なくとも一部分を構成する。
【００２４】
スイッチの入力が、蓄電池の端子に接続され、ピーククリッパーが、スイッチの出力と蓄電池の他方の端子との間に配置される。
【００２５】
さらに、本発明は、複数の状態情報を伝送するように構成された電気システムを提供し、電気システムは、
蓄電池と、上記において定義された複数の電気回路とを備え、それぞれが１つの状態情報を伝送し、複数の電気回路が、前記蓄電池の端子に並列に接続されることを特徴とする。
【００２６】
電気システムの別の特徴によれば、電気システムが、鉄道車両に搭載され、スイッチのそれぞれが、鉄道車両の装置または機器に関連付けられ、その状態または位置を監視する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
例として提供された以下の説明を読み、添付の図面を参照することによって、本発明をより良く理解できる。
【００２８】
図面をよりわかりやすくするために、本発明を理解するのに必要な構成要素だけが示される。それぞれの図面を通して、同一の構成要素は、同一の符号を有する。
【００２９】
図１は、監視する装置または機器、とりわけ鉄道車両の機器の状態を表わすオン／オフ情報を伝送するのに適した伝送回路の特別な実施形態を示す。図１では、蓄電池の端子間に並列に接続され、かつ、自動管制電子回路に複数のオン／オフ情報を伝送するのに適した類似する複数の基本回路を備えたより完全な電気システム（図示しない）に関連する基本回路を示す。
【００３０】
電気的な伝送回路は、蓄電池３の端子に接続され、接続Ｓは、基本回路の出力において、以下で説明するリンクによってオン／オフ情報を取り込み、電子回路２の入力ポートの中の１つに伝送する。
【００３１】
また、電子回路２は、例えば、自動管制（図示しない）のための出力ポート４を有する。
【００３２】
対象とする主な用途においては、蓄電池３、電気システム、および、電子回路２は、列車に搭載される。当然ながら、自動管制用電子回路２は、監視警報パネルまたはオン／オフ情報を受け取って処理するのに適したどのような装置で置き換えてもよい。
【００３３】
一般的には、蓄電池３は、列車全体に使用される唯一のＤＣ電圧源である。ゆえに、ＤＣ電源を必要とする様々な搭載機器は、ただ１つの蓄電池３から電力を供給される。したがって、端子の負荷に応じて、蓄電池３が提供する電圧は、公称電圧の０．６から１．４倍までの範囲で、時間によって変化する可能性がある。
【００３４】
現在、列車において一般的に使用される蓄電池３は、２４ボルト、３６ボルト、４８ボルト、９６ボルト、および、１１０ボルトの公称電圧を有する。
【００３５】
図１に示されるように、電気的な伝送回路は、蓄電池３から電力を供給されるループＢを備え、ループＢは、直列に配置された、スイッチ５、ダイオード１６、コイル６、例えば光カプラーによって実現されてもよい絶縁リンク７、および、絶縁リンク７の出力に配置された点Ａから並列に分岐する２つの枝８および９を備える。ダイオード１６は、コイル６が光カプラー７以外を経由してよそへ放電しないようにバイアスをかけられる。
【００３６】
便宜上、以下の説明においては、次の約束に従うものとする。すなわち、ループＢにおいて蓄電池３の正端子から負端子へ流れる電流の方向が、ループＢの正方向を定義するものとする。
【００３７】
枝８は、直列に配置された、コンデンサ１０と、図２に示されるような半周期ｔ_０および対称ピークツーピーク振幅Ｖ_ｇを有する方形波信号を生成する可変電圧発生器１とを備える。電圧振幅Ｖ_ｇの値は、蓄電池３の端子電圧Ｅよりも小さくなるように選択され、例えば、約１５Ｖである。
【００３８】
第２の枝９は、ダイオード１２およびコンデンサ１３を直列に備える。抵抗１４が、ダイオード１２とコンデンサ１３との間に位置する第２の枝９の点Ｐと蓄電池３の正端子との間に配置される。ダイオード１２は、コンデンサ１３が抵抗１４以外を経由してよそへ放電しないようにバイアスをかけられる。
【００３９】
以下、この電気回路の動作を説明する。以下の説明においては、約束として次の呼称を用いる。
【００４０】
Ｖ_ｄは、それぞれダイオード１０、１６における電圧降下であり、ここで、Ｖ_ｄは、約０．５Ｖであり、
Ｖ_ｌｅｄは、光カプラー７のＬＥＤにおける電圧降下であり、ここで、Ｖ_ｌｅｄは、約２Ｖであり、
Ｖ_ｃは、入力接点５における電圧降下であり、ここで、Ｖ_ｃ＜Ｅであり、
Ｖ_Ａは、点Ａにおける電圧であり、Ｖ_Ｐは、点Ｐにおける電圧である。
【００４１】
コンデンサ１０および１３のキャパシタンスは、Ｃ_１３≫Ｃ_１０であるように選択され、抵抗１４の抵抗は、小さいものが選択される。
【００４２】
状態を監視する装置または機器が、スイッチ５を開閉する。
【００４３】
スイッチ５が開いているとき、ダイオード１６から上流側の電圧は、０であり、また、光カプラー７のＬＥＤを流れる電流ｉ_ｌｅｄは、０であり、したがって、光カプラーは、出力電流を接続Ｓにまったく提供しない。
【００４４】
スイッチ５が、その開位置から閉位置へ動かされると、電圧発生器１の出力電圧に応じて、２つの異なる段階が開始する。電気回路は定常状態にあると仮定する。
【００４５】
第１の段階において、電圧発生器１の電圧は、時刻ｔ＝０において、−１／２Ｖ_ｇから＋１／２Ｖ_ｇに変化する。したがって、インダクタンスＬのコイル６には、蓄電池３によってダイオード１６を介して電圧が印加され、ダイオード１２が、即座に導通状態となり、点Ａにおける電圧Ｖ_Ａは、点Ｐにおける電圧Ｖ_Ｐに等しくなる。すなわち、第２の枝９における電圧を考慮に入れ、また、抵抗１４の端子間の電圧を無視することによって、
【００４６】
【数１】

となる。
【００４７】
ダイオード１２が、導通するので、第１の枝８のコンデンサ１０の電荷の変動は、次の関係式に従って、ダイオード１２を介して第２の枝９のコンデンサ１３へ即座に伝達される。すなわち、
【００４８】
【数２】

ここで、
【００４９】
【数３】

および、
【００５０】
【数４】

したがって、
【００５１】
【数５】

となる。
【００５２】
また、第１の枝のコイル６の電荷の変動は、ダイオード１２を介してコンデンサ１３へ即座に伝達され、コンデンサ１３の端子間の電圧をわずかに増加させ（Ｃ_１３≫Ｃ_１０であるから）、さらに、電荷は、抵抗１４において消費される。
【００５３】
この第１の段階の期間においては、コイル６における電流変動は、関係式
【００５４】
【数６】

から計算することができ、コイル６の端子間の電圧は、
【００５５】
【数７】

に等しい。したがって、
【００５６】
【数８】

となる。
【００５７】
したがって、第１の段階の期間において、コイルの電流は、以下の関係式に従って、線型に変化する。すなわち、
【００５８】
【数９】

そして、コイル６は、電流発生器として動作する。コイル６のインダクタンスＬは、大きいので、
【００５９】
【数１０】

となり、これは、きわめて小さいものである。したがって、第１の段階の期間において、光カプラー７のＬＥＤを流れる電流の変動は、きわめて小さい。
【００６０】
第２の段階において、電圧発生器両端の電圧は、
【００６１】
【数１１】

において、＋１／２Ｖ_ｇから−１／２Ｖ_ｇに変化し、ダイオード１２は、非導通状態になる。そして、点Ａにおける電圧は、即座に
【００６２】
【数１２】

となり、再び第１の段階が開始時のレベルに対応する
【００６３】
【数１３】

において、値
【００６４】
【数１４】

に達するまで変化する。この段階の期間においては、コイル６を流れる電流は、ダイオード１２によって阻止され、したがって、すべてがコンデンサ１０へ流れ込み、そのコンデンサ１０は、以下の電荷を受け取る。すなわち、
【００６５】
【数１５】

したがって、コンデンサ１０は、第１の段階の期間において失った電荷を取り戻す。
【００６６】
コンデンサ１０の端子においては、
【００６７】
【数１６】

となり、ここで、ｉ_ｌｅｄは、ほぼ一定である。なぜなら、コイル６のインダクタンスＬは、大きいからである。
【００６８】
したがって、これから、電圧が、この間、ほぼ線型に変化することが推定される。したがって、点Ａにおける電圧は、以下の関係式に従って変化し、
【００６９】
【数１７】

次の式が得られる。
【００７０】
【数１８】

すなわち、
【００７１】
【数１９】

コイル６の端子間の電圧は、以下の関係式によって決定される。
【００７２】
【数２０】

したがって、
【００７３】
【数２１】

すなわち、
【００７４】
【数２２】

および、
【００７５】
【数２３】

すなわち、
【００７６】
【数２４】

第１および第２の段階の期間において、コイル６に流れる電流ｉ_Ｌの変動が、わかりやすいように誇張して図３のグラフに示される。
【００７７】
図３において、コイル６に流れる電流ｉ_Ｌは、完全に一定ではなく、小さな範囲だけで変化する。その平均値は、スイッチ５をクリーニングするのに必要な最小電流を得るように、電圧発生器１によって生成される電圧Ｖ_ｇのデューティ比および振幅を加減することによって調節することができ、この例においては、デューティ比は、
【００７８】
【数２５】

に等しい。
【００７９】
コイル６を流れる電流は、光カプラー７にも流れるので、スイッチ５を閉じれば、電流が、光カプラー７に流れ、光カプラー７は、それに応じて、接続Ｓにおける出力信号を生成する。スイッチ５と直列に接続された光カプラー７の位置は、都合がよい。なぜなら、光カプラーが出力において生成する信号は、コイル６を流れる電流の波形をかなり忠実に表現しているからである。
【００８０】
本発明の動作は、上述したように、ジュール効果によって消費されるエネルギーを以下の２つの点で減少させる。
【００８１】
まず第１に、電圧発生器１が、回路内のエネルギーレベルを維持し、そして、目的のために電圧発生器１が放出した電力しかジュール効果によって消費されない。
【００８２】
第２に、回路に流される電流ｉ_Ｌの大きさは、蓄電池３によって提供される電圧Ｅに関係しない。したがって、蓄電池３によって提供される電圧Ｅの変動は、抵抗１４によって消費される電流をなんら変動させることがない。
【００８３】
図４は、図１に示される電気回路を変形させた実施形態を示し、ピーククリッパー１１が、スイッチ５とダイオード１６との間に位置する点と蓄電池３の負端子との間に配置される。この電気回路の動作に変わりはなく、ピーククリッパー１１は、電圧サージにに対する耐力を補強する。
【００８４】
もう１つの変形実施形態（図示しない）においては、絶縁リンク７は、トランスによって実施される磁気結合からなり、さらに、トランスの一次巻線は、少なくとも部分的に、コイル６の巻線を構成し、二次巻線は、接続Ｓに接続される。この電気回路の動作に変わりはない。スイッチ５を閉じたとき、コイル６を流れる電流ｉ_Ｌの変動は、トランス７の二次巻線の端子において、電圧および／または電流を出力として生成し、整流器（図示しない）によって整流された後、出力信号を形成する。
【００８５】
さらにもう１つの変形実施形態（図示しない）においては、絶縁リンク７は、負荷抵抗１４と直列に配置されてもよく、この基本回路の動作に変わりはない。
【００８６】
本発明は、上述した変形の実施形態に限定されない。とりわけ、電流発生器は、オプションとして０ボルトが中央にくるように配置された三角波または正弦波のようなその他の可変波形を提供してもよい。上述した実施形態においては、関係式を簡単にするために、また、電気回路の動作を説明するのを容易にするために、方形波信号を生成する可変電圧発生器を選択した。しかしながら、実際には、好適には、三角波信号を生成する電圧発生器が選択される。
【００８７】
本発明は、鉄道車両だけに適用されるものではなく、あらゆる分野において、オン／オフ情報を伝送することに関係するものである。
【００８８】
本発明の利点の中でも、とりわけ、光カプラーの上流側にコイルがあることは、光カプラーに流れる電流を平滑化することを可能にし、それによって、リップルを小さいものにし、そして、それは、光カプラーが比較的長い寿命を有するのに都合がよいことに注意されたい。
【００８９】
さらに、電気回路の入力側に位置するコイルは、また、他の機器に伝送される可能性のある電磁雑音が生成されるのを制限するのを可能にする。
【００９０】
また、蓄電池の正端子と負端子との間にコンデンサがあることは、電気回路の能動素子の中の１つが故障した場合に、いかなる環境下においても、蓄電池の端子において短絡回路が存在しないことを保証するのを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特別な実施形態における複数のオン／オフ情報を伝送するための電気回路を示す図である。
【図２】電圧発生器の出力電圧を示すグラフである。
【図３】スイッチを含む回路の枝における時間の関数としての電流の理想値を示すグラフである。電流変動を誇張して示すために、ｙ軸が拡大されている。
【図４】図１に示される電気回路の変形実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１可変電圧発生器
２電子回路
３蓄電池
４出力ポート
５スイッチ
６コイル
７絶縁リンク
８、９枝
１０、１３コンデンサ
１２、１６ダイオード
１４抵抗
Ｓ接続
Ｂループ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric circuit for transmitting on / off type information, and more particularly to an electric circuit used in the field of railways.
[0002]
[Prior art]
In trains, many on / off signals indicating parameters or equipment status are transmitted, for example, to an automatic control electronics or to a monitoring alarm panel. For example, such signals represent the condition of the circuit breaker or the open or closed position of the door to enter the vehicle, and these signals must be transmitted with high safety and availability, It makes computer-based low-energy links unsuitable for use in this kind of field.
[0003]
The currently used solution is to connect a closed loop electrical circuit to the two terminals of the accumulator, which circuit has at least one switch corresponding to the condition of the device being monitored, a resistor, eg an automatic control electronics In series with an isolated link connected to a destination device for information contained in the signal, such as a circuit or monitoring alarm panel.
[0004]
The open or closed position of the switch represents the parameter or the state of the device. When the switch is closed, a current whose size is limited by the resistance flows in the circuit. When the switch is opened, no current flows. The presence / absence of this current is converted into on / off information transmitted to the electronic circuit by the insulating link.
[0005]
In general, a train has a plurality of such circuits connected to terminals of the same storage battery.
[0006]
Since switches are susceptible to oxidation, a minimum current on the order of tens of milliamps must be passed through each switch in order to clean the switches. The current is consumed by the resistor and lost. Furthermore, the power consumed by the resistor due to the Joule effect generates heat that must be removed. A known solution is to use a fan, but the use of such a fan as a way to cool an electronic circuit on a train is now avoided and, on the contrary, prohibited for reliability reasons. It has been done. This is because the fan is clogged or stuck, and in most cases contains mechanical components that may fail.
[0007]
The reliability of electrical and electronic components is greatly reduced as ambient temperature increases, so that as little heat is generated as possible.
[0008]
Furthermore, since the storage battery generally supplies power to several circuits and other devices, the voltage provided by the storage battery varies with time along with the load on the terminal. Therefore, the current flowing through the circuit also changes according to the load state of the storage battery.
[0009]
Therefore, in order to obtain the minimum current required to clean the switch, a large amount of extra current or power must be consumed during certain periods of circuit operation. The resulting additional heat further exacerbates the problem of removing the heat described above.
[0010]
The amount of heat consumed increases with the number of switches and the information transmitted.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention seeks to alleviate the aforementioned disadvantages of the prior art.
[0012]
Therefore, the present invention aims to transmit on / off type information with high reliability and availability, and at the same time reduce the power consumed by the Joule effect.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
To this end, the present invention provides an electrical circuit for transmitting parameters or device status, the electrical circuit being configured to be connected to a terminal of a power supply storage battery,
An isolated link between the electrical circuit and an output carrying status information;
An open or closed position of the switch is a switch that represents the status information and determines whether current flows through the electrical circuit, which ensures transmission of the status information from the switch to the output via the isolated link With a switch,
In order to adjust the magnitude of the current flowing through the switch, it further includes a variable voltage generating means that cooperates with the switching means, and selectively supplies power to the constituent elements of the electric circuit according to the output voltage of the variable voltage generating means. Supply
Inductive filter means connected in series with the switch and capacitive storage means, each of which stores a portion of the energy of the electrical circuit and, under steady state conditions, based on the output voltage of the variable voltage generator It constitutes a discharge means.
[0014]
According to another feature of this electrical circuit,
An inductive filter means is placed in the immediate vicinity of the switch.
[0015]
A diode is disposed between the switch and the inductive filter means, and the diode is biased so that no switch current flows from the inductive filter means to the switch.
[0016]
The inductive filter means comprises a coil, the electrical circuit has first and second branches in parallel in series with the switch and coil, and the point of the second branch in parallel with the switch and coil. A capacitor connected in the first branch,
A diode connected in the second branch between one of the connection points of the first and second branches and the other of the points where the resistance is connected to the second branch The second branch is similarly connected between one of the connection points of the first and second branches and the other of the point where the resistor is connected to the second branch. And a capacitor.
[0017]
An insulating link is connected in series with the inductive filter means.
[0018]
An insulating link is connected in series with the resistor.
[0019]
The signal generated by the voltage generating means is a square wave, triangular wave, or sine wave signal that is optionally arranged so that 0 volts is centered.
[0020]
Variable voltage generating means is connected in the first branch.
[0021]
The insulating link consists of an optical coupler.
[0022]
The insulating link consists of a transformer.
[0023]
The isolation link consists of a transformer connected in series with the switch, and the primary winding of the transformer simultaneously forms at least part of the inductive storage means.
[0024]
An input of the switch is connected to a terminal of the storage battery, and a peak clipper is disposed between the output of the switch and the other terminal of the storage battery.
[0025]
The present invention further provides an electrical system configured to transmit a plurality of status information, the electrical system comprising:
A storage battery and a plurality of electrical circuits defined above are provided, each transmitting one state information, and the plurality of electrical circuits being connected in parallel to the terminals of the storage battery.
[0026]
According to another feature of the electrical system, the electrical system is mounted on a rail vehicle and each of the switches is associated with a device or equipment of the rail vehicle and monitors its state or position.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention can be better understood by reading the following description, provided by way of example, and referring to the accompanying drawings.
[0028]
In order to make the drawings easier to understand, only the components necessary to understand the present invention are shown. Throughout the drawings, the same components have the same reference numerals.
[0029]
FIG. 1 shows a special embodiment of a transmission circuit suitable for transmitting on / off information representing the status of a monitoring device or equipment, in particular a railway vehicle equipment. In FIG. 1, a more complete electrical system (not shown) with a plurality of similar basic circuits connected in parallel between the terminals of the battery and suitable for transmitting a plurality of on / off information to the automatic control electronics. ) Shows the basic circuit.
[0030]
The electrical transmission circuit is connected to the terminal of the storage battery 3, and the connection S takes on / off information at the output of the basic circuit by a link described below and is connected to one of the input ports of the electronic circuit 2. To transmit.
[0031]
The electronic circuit 2 has an output port 4 for automatic control (not shown), for example.
[0032]
In the main intended application, the storage battery 3, the electrical system, and the electronic circuit 2 are mounted on a train. Of course, the automatic control electronics 2 may be replaced by a monitoring alarm panel or any device suitable for receiving and processing on / off information.
[0033]
In general, the storage battery 3 is the only DC voltage source used for the entire train. Therefore, various mounted devices that require a DC power source are supplied with power from only one storage battery 3. Therefore, depending on the load on the terminal, the voltage provided by the storage battery 3 may vary with time in the range of 0.6 to 1.4 times the nominal voltage.
[0034]
Currently, the storage batteries 3 commonly used in trains have nominal voltages of 24, 36, 48, 96 and 110 volts.
[0035]
As shown in FIG. 1, the electrical transmission circuit includes a loop B supplied with power from the storage battery 3, and the loop B is arranged in series with a switch 5, a diode 16, a coil 6, for example, an optical coupler. And two branches 8 and 9 that branch in parallel from a point A arranged at the output of the isolated link 7. The diode 16 is biased so that the coil 6 does not discharge away via anything other than the optical coupler 7.
[0036]
For convenience, the following conventions are subject to the following promises: That is, the direction of the current flowing from the positive terminal to the negative terminal of the storage battery 3 in the loop B defines the positive direction of the loop B.
[0037]
Branch 8 comprises a capacitor 10 and a variable voltage generator 1 that generates a square wave signal having a half period t ₀ and a symmetric peak-to-peak amplitude V _g as shown in FIG. 2 arranged in series. The value of the voltage amplitude V _g is chosen to be smaller than the terminal voltage E of the battery 3, for example, about 15V.
[0038]
The second branch 9 includes a diode 12 and a capacitor 13 in series. A resistor 14 is arranged between the point P of the second branch 9 located between the diode 12 and the capacitor 13 and the positive terminal of the storage battery 3. The diode 12 is biased so that the capacitor 13 does not discharge away via anything other than the resistor 14.
[0039]
Hereinafter, the operation of the electric circuit will be described. In the following description, the following designations are used as promises.
[0040]
V _d is the voltage drop across

diodes

10 and 16, respectively, where V _d is about 0.5V;
V _led is the voltage drop across the LED of the optical coupler 7, where V _led is about 2V,
V _c is the voltage drop at the input contact 5, where V _c <E,
V _A is the voltage at point A, and _VP is the voltage at point P.
[0041]
The capacitances of the

capacitors

10 and 13 are selected so that C ₁₃ >> C ₁₀ , and the resistance of the resistor 14 is selected to be small.
[0042]
A device or device that monitors the state opens and closes the switch 5.
[0043]
When the switch 5 is open, the voltage upstream from the diode 16 is 0, and the current i _led through the LED of the optical coupler 7 is 0, so that the optical coupler connects the output current S Don't offer at all.
[0044]
When the switch 5 is moved from its open position to its closed position, two different stages begin depending on the output voltage of the voltage generator 1. Assume that the electrical circuit is in a steady state.
[0045]
In the first stage, the voltage of the voltage generator 1, at time t = 0, changes from -1 / 2V _g to + 1 / 2V _g. Thus, the coil 6 of the inductance L, the voltage through the diode 16 is applied by the battery 3, the diode 12 is immediately rendered conductive, the voltage V _A at the point A, is equal to the voltage V _P at point P . That is, by taking into account the voltage at the second branch 9 and ignoring the voltage across the terminals of the resistor 14,
[0046]
[Expression 1]

It becomes.
[0047]
Since the diode 12 conducts, the charge fluctuations of the capacitor 10 of the first branch 8 are immediately transmitted to the capacitor 13 of the second branch 9 via the diode 12 according to the following relation: That is,
[0048]
[Expression 2]

here,
[0049]
[Equation 3]

and,
[0050]
[Expression 4]

Therefore,
[0051]
[Equation 5]

It becomes.
[0052]
In addition, the fluctuation of the electric charge of the first branch coil 6 is immediately transmitted to the capacitor 13 via the diode 12 to slightly increase the voltage between the terminals of the capacitor 13 (since C ₁₃ >> C ₁₀ ). In addition, charge is consumed in the resistor 14.
[0053]
In this first stage period, the current fluctuation in the coil 6 is expressed by the relational expression:
[Formula 6]

And the voltage between the terminals of the coil 6 is
[0055]
[Expression 7]

be equivalent to. Therefore,
[0056]
[Equation 8]

It becomes.
[0057]
Accordingly, during the first stage, the coil current changes linearly according to the following relational expression. That is,
[0058]
[Equation 9]

The coil 6 operates as a current generator. Since the inductance L of the coil 6 is large,
[0059]
[Expression 10]

This is extremely small. Therefore, the fluctuation of the current flowing through the LED of the optical coupler 7 is very small during the first stage.
[0060]
In the second stage, the voltage across the voltage generator is
[0061]
[Expression 11]

In, changes to + 1 / 2V _g from -1 / 2V _g, diode 12 becomes nonconductive. And the voltage at point A is immediately
[Expression 12]

Again, the first stage corresponds to the starting level.
[Formula 13]

In the value [0064]
[Expression 14]

It changes until it reaches. During this phase, the current flowing through the coil 6 is blocked by the diode 12, so that everything flows into the capacitor 10, which receives the following charge. That is,
[0065]
[Expression 15]

Thus, the capacitor 10 recovers the charge lost during the first phase.
[0066]
At the terminal of the capacitor 10,
[0067]
[Expression 16]

Here, i _led is substantially constant. This is because the inductance L of the coil 6 is large.
[0068]
Therefore, it is estimated from this that the voltage changes almost linearly during this time. Therefore, the voltage at point A changes according to the following relation:
[0069]
[Expression 17]

The following equation is obtained:
[0070]
[Formula 18]

That is,
[0071]
[Equation 19]

The voltage between the terminals of the coil 6 is determined by the following relational expression.
[0072]
[Expression 20]

Therefore,
[0073]
[Expression 21]

That is,
[0074]
[Expression 22]

and,
[0075]
[Expression 23]

That is,
[0076]
[Expression 24]

In the period of the first and second stages, the fluctuation of the current i _L flowing through the coil 6 is exaggerated for easy understanding and shown in the graph of FIG.
[0077]
In FIG. 3, the current i _L flowing through the coil 6 is not completely constant, but changes only in a small range. Its average, so as to obtain a minimum current required to clean the switch 5 can be adjusted by adjusting the duty ratio and the amplitude of the voltage V _g which is generated by the voltage generator 1, this example The duty ratio is
[0078]
[Expression 25]

be equivalent to.
[0079]
Since the current flowing through the coil 6 also flows to the optical coupler 7, if the switch 5 is closed, the current flows to the optical coupler 7, and the optical coupler 7 generates an output signal at the connection S accordingly. The position of the optical coupler 7 connected in series with the switch 5 is convenient. This is because the signal generated by the optical coupler at the output represents the waveform of the current flowing through the coil 6 fairly faithfully.
[0080]
As described above, the operation of the present invention reduces the energy consumed by the Joule effect in the following two points.
[0081]
First of all, the voltage generator 1 maintains the energy level in the circuit and only the power released by the voltage generator 1 for the purpose is consumed by the Joule effect.
[0082]
Secondly, the magnitude of the current i _L flowing in the circuit is not related to the voltage E provided by the storage battery 3. Therefore, the fluctuation of the voltage E provided by the storage battery 3 does not change the current consumed by the resistor 14 at all.
[0083]
FIG. 4 shows a modified embodiment of the electric circuit shown in FIG. 1, in which the peak clipper 11 is arranged between a point located between the switch 5 and the diode 16 and the negative terminal of the storage battery 3. . There is no change in the operation of this electric circuit, and the peak clipper 11 reinforces the resistance to voltage surges.
[0084]
In another variant embodiment (not shown), the insulating link 7 consists of a magnetic coupling implemented by a transformer, and the primary winding of the transformer at least partly constitutes the winding of the coil 6. The secondary winding is connected to connection S. There is no change in the operation of this electric circuit. When the switch 5 is closed, the fluctuation of the current i _L flowing through the coil 6 is generated at the terminal of the secondary winding of the transformer 7 as an output voltage and / or current and rectified by a rectifier (not shown). , Forming an output signal.
[0085]
In yet another variant embodiment (not shown), the insulating link 7 may be arranged in series with the load resistor 14 and the operation of this basic circuit remains unchanged.
[0086]
The present invention is not limited to the above-described modified embodiment. In particular, the current generator may optionally provide other variable waveforms, such as a triangular or sine wave, arranged so that 0 volts is centered. In the embodiment described above, a variable voltage generator that generates a square wave signal is selected to simplify the relational expression and to facilitate the description of the operation of the electrical circuit. However, in practice, a voltage generator that generates a triangular wave signal is preferably selected.
[0087]
The present invention does not apply only to rail vehicles, but relates to transmitting on / off information in all fields.
[0088]
Among the advantages of the present invention, among other things, the presence of the coil upstream of the optical coupler allows the current flowing through the optical coupler to be smoothed, thereby reducing the ripple, and it is Note that it is convenient to have a relatively long lifetime.
[0089]
Furthermore, the coil located on the input side of the electrical circuit also makes it possible to limit the generation of electromagnetic noise that can be transmitted to other equipment.
[0090]
Also, the presence of a capacitor between the positive and negative terminals of the storage battery means that there is no short circuit at the storage battery terminal under any circumstances if one of the active elements of the electrical circuit fails. Makes it possible to guarantee
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an electrical circuit for transmitting a plurality of on / off information in a special embodiment of the invention.
FIG. 2 is a graph showing an output voltage of a voltage generator.
FIG. 3 is a graph showing the ideal value of current as a function of time in a circuit branch including a switch. To exaggerate the current variation, the y-axis is enlarged.
4 is a diagram showing a modified embodiment of the electric circuit shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Variable voltage generator 2 Electronic circuit 3 Storage battery 4 Output port 5 Switch 6 Coil 7 Insulation link 8, 9

Branch

10, 13

Capacitor

12, 16 Diode 14 Resistance S Connection B Loop

Claims

An electrical circuit for transmitting parameters or the state of the device, wherein the electrical circuit is configured to be connected to a terminal of a power supply storage battery (3);
An insulated link (7) between the electrical circuit and an output (S) for transmitting state information;
The open position or the closed position of the switch (5) represents the state information and is a switch (5) that determines whether or not current flows through the electrical circuit, the electrical circuit from the switch (5) to the isolated link (7) A switch (5) for guaranteeing transmission of status information to the output (S) via
In order to adjust the magnitude of the current flowing through the switch (5), it further comprises variable voltage generating means (1) cooperating with the switching means (12), and according to the output voltage of the variable voltage generating means (1). Selectively supplying power to the components of the electric circuit,
Inductive filter means (6) connected in series with the switch (5) and capacitive storage means (13) are further provided, each of which, under steady state conditions, provides an output voltage of the variable voltage generator (1). An electrical circuit characterized in that it constitutes a means for storing and releasing a portion of the energy of the electrical circuit.

Electrical circuit according to claim 1, characterized in that the inductive filter means (6) is arranged in the immediate vicinity of the switch (5).

A diode (16) is disposed between the switch (5) and the inductive filter means (6), and the diode (16) allows the current of the switch (5) to be switched from the inductive filter means (6). 3. The electric circuit according to claim 2, wherein the electric circuit is biased so as not to flow to (5).

The inductive filter means comprises a coil (6), the electrical circuit has first and second branches (8, 9) in parallel in series with the switch (5) and the coil (6); and , Having a resistor (14) connected in parallel to the switch (5) and the coil (6) to the point (P) of the second branch (9), the capacitor (10) being connected to the first branch (8). ) Connected within
The connection switching means, one being one of the connection points of the first and second branches (8, 9) and the other being the point (P) where the resistor (14) is connected to the second branch (9). A diode (12) connected in the second branch (9) between and the second branch (9) as well as the first and second branches (8, 9) And the other of the connection points further comprises a capacitor (13) connected between the point (P) where the resistor (14) is connected to the second branch (9). The electric circuit according to any one of claims 1 to 3.

Electrical circuit according to claim 4, characterized in that the insulating link (7) is connected in series with the inductive filter means (6).

Electrical circuit according to claim 4, characterized in that the insulating link (7) is connected in series with a resistor (14).

7. The signal generated by the voltage generating means is a square wave, a triangular wave, or a sine wave signal, optionally arranged so that 0 volts is centered. The electric circuit according to one item.

8. The electric circuit according to claim 1, wherein the variable voltage generating means is connected in the first branch (8).

9. The electric circuit according to claim 1, wherein the insulating link (7) comprises an optical coupler.

10. The electric circuit according to claim 1, wherein the insulating link (7) comprises a transformer.

The isolation link (7) comprises a transformer connected in series with the switch (5), and the primary winding of the transformer simultaneously constitutes at least part of the inductive storage means. Electrical circuit as described in.

The input of the switch (5) is connected to the terminal of the storage battery (3), and the peak clipper (11) is arranged between the output of the switch (5) and the other terminal of the storage battery (3). 12. The electric circuit according to claim 1, wherein the electric circuit is characterized in that:

An electrical system (1) configured to transmit a plurality of status information,
A storage battery (3) and a plurality of electrical circuits according to any one of claims 1 to 12, each transmitting one state information, wherein the plurality of electrical circuits are terminals of the storage battery (3) Electrical system (1) characterized by being connected in parallel with each other.

14. The electrical system (1) is mounted on a railway vehicle and each of the switches (5) is associated with a device or equipment of the railway vehicle and monitors its state or position. Electrical system (1).